DIVERSIDAD HIDRICA Y BIOGEOGRAFICA AGUA FORMACIONES VEGETALES SUELOS Inma Navarro Curso 2012-13.
Detección de Formaciones Vegetales en Humedales mediante … · 2011-11-28 · Detección de...
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Detección de Formaciones Vegetales en Humedales mediante Técnicas de Teledetección en imágenes Landsat y de Sensor Aerotransportado. M.F. Carreño 1 ,J. Martínez-López 1 , J.A. Palazón 1 , J. Martínez-Fernández, M.A. Esteve 1 1. Departamento de Ecología e Hidrologia - Universidad de Murcia [email protected] Abstract El estudio de las comunidades vegetales para evaluar el estado de los humedales puede ser facilitado mediante el uso de la teledetección pues nos va ha permitir trabajar a diferentes escalas y a lo largo del tiempo. Las comunidades vegetales del humedal de la Marina del Carmolí fueron identificadas a través de un análisis de ordenación de los datos de cober- tura de especies, obtenido por medio de un muestreo sistemático real- izado en campo. Estas comunidades vegetales fueron cartografiadas por medio de técnicas de teledetección aplicadas a imágenes de satélite y de sensor aerotransportado. El objetivo del estudio es desarrollar un marco de trabajo que permita car- acterizar de manera sistemática y automática las comunidades vegetales en los humedales semiáridos mediterráneos, así como comparar la idonei- dad de diferentes sensores en términos de fiabilidad, resolución espacial y temporal para la generación de mapas. Introducción Área de Estudio Los humedales costeros del Mar Menor (Murcia, SE España), están pro- tegido a nivel regional, nacional e internacional por su alto valor ecológico (Sitio Ramsar, ZEPIM, ZEPA , LIC), y están incluidos en el inventario regional de humedales. La laguna del Mar Menor y sus humedales asoci- ados contienen dieciocho Hábitats de Interés Comunitario (Directiva Hábi- tat) siendo uno de ellos de Especial Interés. Estos humedales mediter- ráneos semiáridos son considerados semi-acuáticos puesto que se en- cuentran entre las estepas y los ecosistemas propiamente acuáticos, por lo que son denominados criptohumedales. Las comunidades carácteris- ticas de estos son: la estepa salina mediterránea (1510 Limonietalia) y los matorrales halófilos mediterráneos y termoátlanticos o Saladar (1420 Sarcocornetea fruticosi). Finalmente aparecen formaciones de carrizal dominadas por Phragmites australis. En este trabajo nos centramos en el criptohumedal de la Marina del Carmolí por su extensión (es el mayor de los asociados al Mar Menor) y su estado de conservación (en él se dan hábitat prioritarios). Estepa salina Saladar Carrizal Objetivos • Caracterizar las comunidades vegetales de los criptohumedales me- diante trabajo de campo y análisis multivariante de ordenación, como fuente de información para la generación de mapas de las formaciones vegetales. • Realización de los mapas a dos resoluciones espaciales diferentes 2m y 30m (a partir de dos sensores diferentes) para su comparación en términos de fiabilidad y su potencialidad para el seguimiento de los humedales. Metodología Software libre: R y GRASS Muestreo de Campo Se determinó la cobertura de doce especies perennes representativas de los humedales: Arthrocnemum glaucum, Limonium cossonianum, Limo- nium caesium, Tamarix canariensis, Phragmites australis, Juncus mar- itimus, Plantago crassifolia, Lygeum spartum, Sueda vera, Frankenia corymbosa, Sarcocornia fruticosa y Halimione portulacoides, junto a otras especies no típicas de los humedales y el suelo desnudo, en un total de 550 unidades de muestro georreferenciadas (4 m 2 cada una) en junio de 2008. Distribución puntos de muestro Ejemplo área de muestreo 2x2m Análisis estadístico: comunidades vegetales Se realizó el análisis estadístico sobre los taxones con un porcentaje de aparición superior al 5%. La matriz de datos final contenía la información la abundancia de especies en 470 puntos de muestreo. Representación gráfica del resultado del análisis estadístico (MDS). Mapas de las comunidades vegetales Los mapas de comunidades vegetales se obtuvieron mediante clasifi- cación de imágenes: sensor ETM+ de Landsat y sensor aerotransportado cámara DMC Z/I Intergraph dentro del proyecto NATMUR-08. • (1)Cálculo del NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) [5] con su inclusión como capa auxiliar en la clasificación • (2)Clasificación no supervisada para detectar infraestructuras, cuerpos de agua y suelo desnudo • (3)Clasificación supervisada siguiendo el algoritmo de máxima verosimilitud [3], usando como áreas de entrenamiento las obtenidas mediante el análisis estadístico, seleccionadas mediante el método de remuestreo [4] para el sensor aerotransportado y sin remuestreo en Landsat Resultados Las clasificaciones fueron validadas y evaluadas mediante el cálculo de la fiabilidad global y el estadístico kappa [2], los cuales alcanzaron val- ores de 76.67% y 0.61 respectivamente para la imagen Landsat (Figura A). Para la imagen del sensor aerotransportado se alcanza el 74.45% de fiabilidad y el 0.61 para el kappa (Figura B). Discusión El área ocupada por las diferentes comunidades varía y su fiabilidad varía de una clasificación a otra. Las mayores diferencias se dan en el área ocupada por el saladar y la estepa salina, con Landsat las manchas de pequeño tamaño de la estepa salina son incluidos en el saladar o en el carrizal que los rodean. Aunque la resolución espectral de Landsat es mayor, la resolución espacial es inferior por lo que detecta mejor las co- munidades distribuidas en grandes áreas, mientras que el sensor aero- transportado se puede usar para discriminar manchas pequeñas de las comunidades vegetales. Sin embargo, las imágenes Landsat, poseen una resolución temporal amplia útil para los estudios históricos para detectar cambios en las comunidades vegetales en el tiempo [1]. Conclusiones • Las comunidades vegetales no son entidades discretas y la composi- ción de especies varía en función del nivel freático, la fisico-química del suelo, etc, por lo que pueden ser utilizadas para evaluar las condiciones del humedal. Así pues la metodología propuesta para la caracterización y cartografía de las formaciones vegetales, es una potente y precisa herramienta para el estudio y manejo de los humedales. • La metodología propuesta es fácilmente automatizable mediante scripts de shell bash lo que facilita el estudio histórico. Así mismo es replica- ble pudiendose aplicar a diferentes sensores lo que permite trabajar a diferentes escalas. • Los resultados apoyan la utilización de software libre de código abierto para este tipo de estudios, facilitando así la posibilidad de repetición y al ser una metodología de bajo coste. References [1] M. F. Carreño, M. A. Esteve, J. Martiínez, J. A. Palazón, and M. T. Pardo. Habitat changes in coastal wetlands associated to hydrological changes in the watershed. Estuarine Coastal and Shelf Science, 77(3):475–483, 2008. [2] R. G. Congalton. A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data. Remote Sensing of Environment, 37(1):35– 46, 1991. [3] G. M. Foody. Status of land cover classification accuracy assessment. Remote Sensing of Environment, 80(1):185–201, 2002. [4]J. Martínez-López, , M. F. Carreño, J. Palazón-Ferrando, J. Martínez- Fernández, and M. A. Esteve. Wetland-Watershed Modelling and As- sessment: GIS Methods for Establishing Multiscale Indicators. Nova Science Publishers Inc, Hauppauge New York, In press. [5]J. W. Rouse, R. H. Haas, J. A. Schell, and D. W. Deering. Monitoring vegetation systems in the great plains with erts. In Proceedings of the Third ERTS Symposium, volume 1, pages 309–317. NASA, 1973. Agradecimientos Agradecemos al proyecto "Estado Ecológico de los Humedales Mediterrá- neos Semiáridos: Propuesta de Indicadores para su Evaluación" (I+D N ◦ : CGL2006-08134) la financiación para la realización de este trabajo, así como al Plan Nacional de Teledetección (PNT) y al proyecto NATMUR-08 de la Región de Murcia la cesión de las imágenes y ortofotos. V Congreso de Biología de la Conservación de Plantas, 28 septiembre - 1 octubre 2011, Es Mercadal – Menorca
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Detección de Formaciones Vegetales en Humedales mediante
Técnicas de Teledetección en imágenes Landsat y de Sensor
Aerotransportado.M.F. Carreño1,J. Martínez-López1, J.A. Palazón1, J. Martínez-Fernández, M.A. Esteve1
1. Departamento de Ecología e Hidrologia - Universidad de [email protected]
Abstract
El estudio de las comunidades vegetales para evaluar el estado de loshumedales puede ser facilitado mediante el uso de la teledetección puesnos va ha permitir trabajar a diferentes escalas y a lo largo del tiempo.Las comunidades vegetales del humedal de la Marina del Carmolí fueronidentificadas a través de un análisis de ordenación de los datos de cober-tura de especies, obtenido por medio de un muestreo sistemático real-izado en campo. Estas comunidades vegetales fueron cartografiadas pormedio de técnicas de teledetección aplicadas a imágenes de satélite y desensor aerotransportado.El objetivo del estudio es desarrollar un marco de trabajo que permita car-acterizar de manera sistemática y automática las comunidades vegetalesen los humedales semiáridos mediterráneos, así como comparar la idonei-dad de diferentes sensores en términos de fiabilidad, resolución espacialy temporal para la generación de mapas.
Introducción
Área de Estudio
Los humedales costeros del Mar Menor (Murcia, SE España), están pro-tegido a nivel regional, nacional e internacional por su alto valor ecológico(Sitio Ramsar, ZEPIM, ZEPA , LIC), y están incluidos en el inventarioregional de humedales. La laguna del Mar Menor y sus humedales asoci-ados contienen dieciocho Hábitats de Interés Comunitario (Directiva Hábi-tat) siendo uno de ellos de Especial Interés. Estos humedales mediter-ráneos semiáridos son considerados semi-acuáticos puesto que se en-cuentran entre las estepas y los ecosistemas propiamente acuáticos, porlo que son denominados criptohumedales. Las comunidades carácteris-ticas de estos son: la estepa salina mediterránea (1510 Limonietalia) ylos matorrales halófilos mediterráneos y termoátlanticos o Saladar (1420Sarcocornetea fruticosi). Finalmente aparecen formaciones de carrizaldominadas por Phragmites australis. En este trabajo nos centramos en elcriptohumedal de la Marina del Carmolí por su extensión (es el mayor delos asociados al Mar Menor) y su estado de conservación (en él se danhábitat prioritarios).
Estepa salina Saladar Carrizal
Objetivos
• Caracterizar las comunidades vegetales de los criptohumedales me-diante trabajo de campo y análisis multivariante de ordenación, comofuente de información para la generación de mapas de las formacionesvegetales.
• Realización de los mapas a dos resoluciones espaciales diferentes 2my 30m (a partir de dos sensores diferentes) para su comparación entérminos de fiabilidad y su potencialidad para el seguimiento de loshumedales.
Metodología
Software libre: R y GRASS
Muestreo de CampoSe determinó la cobertura de doce especies perennes representativas delos humedales: Arthrocnemum glaucum, Limonium cossonianum, Limo-nium caesium, Tamarix canariensis, Phragmites australis, Juncus mar-itimus, Plantago crassifolia, Lygeum spartum, Sueda vera, Frankeniacorymbosa, Sarcocornia fruticosa y Halimione portulacoides, junto a otrasespecies no típicas de los humedales y el suelo desnudo, en un total de550 unidades de muestro georreferenciadas (4 m2 cada una) en junio de2008.
Distribución puntos de muestro Ejemplo área de muestreo 2x2m
Análisis estadístico: comunidades vegetalesSe realizó el análisis estadístico sobre los taxones con un porcentaje deaparición superior al 5%. La matriz de datos final contenía la informaciónla abundancia de especies en 470 puntos de muestreo.
Representación gráfica del resultado del análisis estadístico (MDS).
Mapas de las comunidades vegetalesLos mapas de comunidades vegetales se obtuvieron mediante clasifi-cación de imágenes: sensor ETM+ de Landsat y sensor aerotransportadocámara DMC Z/I Intergraph dentro del proyecto NATMUR-08.
• (1)Cálculo del NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) [5] consu inclusión como capa auxiliar en la clasificación
• (2)Clasificación no supervisada para detectar infraestructuras, cuerposde agua y suelo desnudo
• (3)Clasificación supervisada siguiendo el algoritmo de máximaverosimilitud [3], usando como áreas de entrenamiento las obtenidasmediante el análisis estadístico, seleccionadas mediante el método deremuestreo [4] para el sensor aerotransportado y sin remuestreo enLandsat
Resultados
Las clasificaciones fueron validadas y evaluadas mediante el cálculo dela fiabilidad global y el estadístico kappa [2], los cuales alcanzaron val-ores de 76.67% y 0.61 respectivamente para la imagen Landsat (FiguraA). Para la imagen del sensor aerotransportado se alcanza el 74.45% defiabilidad y el 0.61 para el kappa (Figura B).
Discusión
El área ocupada por las diferentes comunidades varía y su fiabilidad varíade una clasificación a otra. Las mayores diferencias se dan en el áreaocupada por el saladar y la estepa salina, con Landsat las manchas depequeño tamaño de la estepa salina son incluidos en el saladar o en elcarrizal que los rodean. Aunque la resolución espectral de Landsat esmayor, la resolución espacial es inferior por lo que detecta mejor las co-munidades distribuidas en grandes áreas, mientras que el sensor aero-transportado se puede usar para discriminar manchas pequeñas de lascomunidades vegetales. Sin embargo, las imágenes Landsat, poseen unaresolución temporal amplia útil para los estudios históricos para detectarcambios en las comunidades vegetales en el tiempo [1].
Conclusiones
• Las comunidades vegetales no son entidades discretas y la composi-ción de especies varía en función del nivel freático, la fisico-química delsuelo, etc, por lo que pueden ser utilizadas para evaluar las condicionesdel humedal. Así pues la metodología propuesta para la caracterizacióny cartografía de las formaciones vegetales, es una potente y precisaherramienta para el estudio y manejo de los humedales.
• La metodología propuesta es fácilmente automatizable mediante scriptsde shell bash lo que facilita el estudio histórico. Así mismo es replica-ble pudiendose aplicar a diferentes sensores lo que permite trabajar adiferentes escalas.
• Los resultados apoyan la utilización de software libre de código abiertopara este tipo de estudios, facilitando así la posibilidad de repetición yal ser una metodología de bajo coste.
References
[1] M. F. Carreño, M. A. Esteve, J. Martiínez, J. A. Palazón, and M. T. Pardo.Habitat changes in coastal wetlands associated to hydrological changesin the watershed. Estuarine Coastal and Shelf Science, 77(3):475–483,2008.
[2] R. G. Congalton. A review of assessing the accuracy of classificationsof remotely sensed data. Remote Sensing of Environment, 37(1):35–46, 1991.
[3] G. M. Foody. Status of land cover classification accuracy assessment.Remote Sensing of Environment, 80(1):185–201, 2002.
[4] J. Martínez-López, , M. F. Carreño, J. Palazón-Ferrando, J. Martínez-Fernández, and M. A. Esteve. Wetland-Watershed Modelling and As-sessment: GIS Methods for Establishing Multiscale Indicators. NovaScience Publishers Inc, Hauppauge New York, In press.
[5] J. W. Rouse, R. H. Haas, J. A. Schell, and D. W. Deering. Monitoringvegetation systems in the great plains with erts. In Proceedings of theThird ERTS Symposium, volume 1, pages 309–317. NASA, 1973.
Agradecimientos
Agradecemos al proyecto "Estado Ecológico de los Humedales Mediterrá-neos Semiáridos: Propuesta de Indicadores para su Evaluación" (I+D N◦:CGL2006-08134) la financiación para la realización de este trabajo, asícomo al Plan Nacional de Teledetección (PNT) y al proyecto NATMUR-08de la Región de Murcia la cesión de las imágenes y ortofotos.
V Congreso de Biología de la Conservación de Plantas, 28 septiembre - 1 octubre 2011, Es Mercadal – Menorca
